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PCB 設計における伝送線路計算機です TRANSLATE:

PCB設計における伝送線路遅延計算器 1 min Thought Leadership 伝送線路は、現代生活を可能にする、見かけによらず複雑なものの一つです。単なる金属ケーブルのように見えるものが、実際には精密に設計されたシステムです。PCB上のトレースも同様で、電子デバイスに電力を供給する血管のようなものです。 では、伝送線路とは何でしょうか？この用語は、PCB上のトレースと民間の電力線との類似を示すために最初に採用されました。しかし、「伝送線路」という言葉は、あまり文脈を伴わずに使われがちです。PCB上の全てのトレースが伝送線路というわけではなく、伝送線路の設計ルールは場合によって重要になります。 私のトレースは伝送線路ですか？ 「伝送線路」という用語は、PCB上のトレースの構造ではなく、振る舞いに関するものです。特定の条件下ではトレースが伝送線路として振る舞い、他の条件では単なる導体として振る舞うことがあります。 トレースが伝送線路のように振る舞うかどうかは、信号がトレースを伝わるのにかかる時間によって決まります。この時間は、 伝搬遅延、または伝送遅延と呼ばれ、これらの用語は互換性を持って使用されます。 トレース内の遅延が、トレース上を移動するデジタル信号の立ち上がり時間よりもはるかに長い場合、そのトレースは伝送線として機能します。アナログ信号の場合、立ち上がり時間は信号の振動周期の4分の1とされます。どちらの場合も、トレースと両端のコンポーネントは、さまざまな信号整合性の問題を防ぐためにインピーダンスが一致している必要があります。 電気伝送線 オンライン伝送線計算機 特定のインピーダンス値を持つようにトレースを設計する簡単で手っ取り早い方法が必要な場合、オンライン伝送線計算機を使用できます。このツールは、ユニット長さなど、マイクロストリップ、埋め込みマイクロストリップ、ストリップライントレースなど、異なる配置のトレースを説明するいくつかの重要なパラメータを計算できます。 気づくことの一つは、ほとんどのオンライン伝送線計算機が、伝送線インピーダンスの周波数依存性を完全に無視していることです。実際には、周波数による効果があり、その効果はシステム内の抵抗、容量、インダクタンス、導電性によってより顕著になります。 低周波数信号によって遭遇されるインピーダンスは、高周波数でのインピーダンスよりも周波数変化に対して敏感である傾向があります。オンラインの伝送線計算機は常に低周波数でのインピーダンスを探ることを許可しているわけではなく、一般的に高周波数で作業していると仮定します。 非常に高い周波数、RFアプリケーションで使用されるような周波数では、この周波数依存性は一定値に飽和します。そのため、ほとんどのオンライン計算機は、この依存性を無視できるほど十分に高い周波数で作業していると仮定します。 伝送線計算機からの重要な出力は、有効誘電率定数です。このパラメーターは、トレースの寸法と導体と基板の誘電率定数の対比に依存します。このパラメーターは、光ファイバー光学における有効屈折率と同じ役割を果たし、信号が伝送線をどれだけ速く伝播するかを決定します。 ここでオンライン伝送線計算機も役立ちます。有効誘電率定数を得たら、それを使用してトレースのライン遅延を計算できます。ライン遅延を計算し、それを信号の立ち上がり時間と比較した後、トレースが実際に伝送線として振る舞っているかどうかの答えが得られます。 計算機を使った電子設計 SPICEシミュレーションと伝送線 SPICEシミュレータは、特に高速、高周波、 HDI、低電流アプリケーションにおいて、PCBの信号整合性の問題を調査するのに役立ちます。すべてのSPICEシミュレーションが直接に伝送線のインピーダンス値を返すわけではありませんが、トレースとコンポーネント間のインピーダンスの不一致から生じる信号整合性の問題を診断することを可能にします。オンラインおよびデスクトップの設計ソフトウェアパッケージは、SPICEシミュレーションへのアクセスを提供します。 すべてのPCBは、基板の誘電体によって金属要素が分離されるため、ある程度の寄生容量と寄生インダクタンスを持っています。SPICEシミュレーションを使用する際には、寄生インピーダンスの影響をモデル化するために、等価回路モデルに直列および並列の位置にキャパシタとインダクタを追加する必要があります。 記事を読む
PCBにおける銅のラップメッキ PCBにおける銅のラップめっき 1 min Blog 新しい電子機器を購入して、1週間後に故障してしまうことは誰も望んでいません。私は同じフラットスクリーンモニターを5年以上使っていますが、これまでに所有した電子機器の中で最も頑丈なものです。信頼性の高い設計が好きなら、デバイスの寿命を向上させることを目的とした業界標準に注目していることでしょう。 PCBのビアメッキは、衝撃や熱サイクルに耐えられるほど信頼性が高くなければなりません。ここでメッキプロセスが重要となり、新しいIPC 6012Eのメッキ要件は、ビア・イン・パッド構造の信頼性を向上させるために設計されたメッキ技術を指定しています。 銅ラップメッキ構造 ビア・イン・パッド構造には、ビア穴を銅メッキして、多層PCBの層間で信号をルーティングする必要があります。このメッキは、ビア・イン・パッド構造内の他のパッドや、小さな環状リングを使用してトレースに直接接続します。これらの構造は不可欠ですが、繰り返しの熱サイクル下での信頼性の問題があることが知られています。 IPC 6012E基準は最近、ビア・イン・パッド構造に銅ラップめっきの要件を追加しました。充填された銅めっきはビア穴の端を回り込み、ビアパッドを取り囲む環状リングにまで延びるべきです。この要件はビアめっきの信頼性を向上させ、クラックや表面特徴とめっきされたビア穴との分離による故障の可能性を減少させる可能性があります。 充填された銅ラップ構造は2つのバリエーションがあります。まず、ビアの内側に連続した銅膜が適用され、その後ビアの両端の上層と下層を覆い越えます。この銅ラップめっきはビアパッドとビアに繋がるトレースを形成し、連続した銅構造を作り出します。 または、ビアはビアの両端を囲む独自のパッドを持つことができます。この別のパッド層はトレースやグラウンドプレーンに接続します。ビアを充填する銅めっきはこの外部パッドの上を覆い越え、充填めっきとビアパッドの間にバットジョイントを形成します。充填めっきとビアパッドの間にはある程度の結合が発生しますが、二つは融合せず、単一の連続した構造を形成しません。 PCBでのビア穴のドリリング 熱サイクル下での信頼性 PCBが時間とともに熱サイクルを繰り返すと、体積膨張が銅のラップメッキ、ビア充填材、およびラミネート界面に圧縮または引張応力を生じさせます。応力の量は、基板と環境の間の温度勾配、関与する各材料の熱膨張係数、および基板の層数など、多くの要因に依存します。 基板材料の熱膨張係数が一致しないことは、銅のラップメッキに大きな応力を与える原因となります。これにより、ビアバレル内のメッキが割れてバットジョイントから分離する可能性があります。連続する銅のラップメッキも、ビアの端で直角に割れることがあります。 ビアの内部がバットジョイントから分離した場合、またはラップメッキの端でビアが割れた場合、ビアにオープン回路の故障が発生します。繰り返しの熱サイクル中に曲がると、さらに多くの故障が発生します。基板の最も外側の層に近い位置で終わるビアは、基板がこれらの層でより大きく曲がるため、熱サイクルによる破断の可能性がはるかに高くなります。 これらの構造物での故障の可能性にもかかわらず、銅のラップメッキを使用しないビアよりも、銅のラップメッキを使用した方が依然として信頼性が高いです。この追加の銅のラップ層は、ビア壁内のメッキの構造的完全性を高めるだけでなく、ビアメッキと環状リングとの接触面積を増加させます。 基板上の銅の可視性と安定性は価値があります。 構造的完全性は、ラップメッキの上にボタンメッキを追加することでさらに高めることができます。一部のメーカーは原則としてこれを行います。ボタンメッキも、ラップメッキと同様に、ビアの上部と下部の端を覆います。その後、メッキ抵抗が剥がされ、ビアはエポキシで満たされ、最終的に表面は平滑化され、滑らかな表面が残ります。これは、IPC 6012E基準を満たしながら信頼性を最大化する最良の方法と言えるでしょう。 IPC 6012Eに準拠しためっきは、埋め込みビアが別々のレイヤースタックに分割されている限り、埋め込みビアにも簡単に適用できます。内層スタックは、スルーホールビアの場合と同様に、銅でラップすることができます。これらの内層にあるビアは、スルーホールビアと同じようにめっきすることができます。各分割されたスタックがめっきされた後、最終的なスタックアップはプリプレグを使用して配置することができます。 記事を読む
サンディエゴのAltiumLive 2018: 年次PCB設計サミットの基調演説でお会いしましょう。 サンディエゴのAltiumLive 2018: 年次PCB設計サミットの基調演説でお会いしましょう。 1 min OnTrack OnTrack Newsletter 2018年8月 第2巻第5号 OnTrackニュースレターの8月号をお届けします。 今月の特集は、AltiumLive 2018: 年次PCB設計サミットについてです。この特集では10月に米サンディエゴで開催されるサミットの内容と、弊社の4人の顕著な基調講演について紹介します（2019年1月15～19日にドイツのミュンヘンで開催されるイベントについては、追ってお届けします）。 メーカースペースでは、日本のFSAE学生チームを初めて紹介します。 OnTrackビデオシリーズでは、Ben Jordanが連載の最終回として、マルチボードアセンブリについて解説します。 いつものように、皆様の頭脳を刺激する話題も用意しました。お読みくださりありがとうございます。皆様からのご感想をお待ちしております。 Enjoy and always...stay OnTrack! Judy Warner judy.warner@altium.com Director 記事を読む
CADソフトウェアの選択：システムよりも回路を優先する CADソフトウェアの選択：システムよりも回路を優先する 1 min Thought Leadership 次に作成するPCBに最適なCADツールを選択することは、デバイスを構築するために必要な適応性を提供するソフトウェアパッケージを選ぶことについてです。異なる電子アプリケーションでは、異なるルーティング戦略や許容値、カスタマイズされた電子回路が必要になる場合があります。デバイスの要件を満たすための機能を提供するCADツールが必要です。CADツールは、運用要件を満たすことができるデバイスを構築する上で重要です。 特殊なPCBは独自の電子回路を必要とし、特定のレイアウト要件を持っているため、CADツールはあらゆるタイプのPCBに適応できる必要があります。高速、高周波、多層、またはマルチボードデバイスを扱っている場合でも、アプリケーションに関係なく、CADおよび設計ツールは同じように機能するべきです。 PCB設計におけるCADツール PCBを設計する際、CADツールは回路をレイアウトするのに役立つ主要なツールです。設計段階でボードレイアウトに定義する必要がある多くのパラメータがあり、CADツールはこれを容易にしながらも、トレースやコンポーネントの正確な配置を可能にする必要があります。 レイアウトの正確性は、特定のアプリケーションのPCB内で回路要素を接続する際に特に重要です。高速デバイス、高密度インターコネクトPCB、差動ペアルーティングは、信号が回路全体で同期され、信号の整合性が維持されるように、超高精度のトレースレイアウトを必要とします。PCB設計ソフトウェアには、どのようなアプリケーションにも適応できる超高精度のCADツールが常に含まれているべきです。 すべての電子回路がICとしてきれいにパッケージされているわけではなく、デバイスに重要な機能を与える高度にカスタマイズされた回路は、PCB上に直接レイアウトする必要があります。操作が煩雑なCADツールを備えたPCB設計ソフトウェアパッケージを選択すると、レイアウトプロセスに過度の時間がかかり、回路内のコンポーネント間のルーティングが不正確になることがあります。古い格言「少ないほど良い」は、PCB CADツールには当てはまりません。 2Dおよび3D CADビュー 問題の原因を理解する 異なるPCB設計ソフトウェアプログラムは、異なる機能を持つCADツールを提供します。すべてのCADツールがトレースのルーティングや回路内のコンポーネントの配置を可能にしますが、各プログラムはCADツールの使用方法に独自のプロセスを実装しています。異なる設計プログラムは同等に作られておらず、すべてのプログラムがあらゆるアプリケーションに必要な高度なレイアウトおよびルーティング機能を含んでいるわけではありません。 CADプログラムのすべてが他の設計ツールと簡単に同期するわけではありません。たとえば、回路図とレイアウトツールが異なる動作をすることは珍しくありません。回路図とレイアウトのCADツールは、同じタスクを実行するために異なるコマンドセットを必要とすることがあります。これにより、初めてプログラムを使用する際の学習曲線がより困難になり、インターフェース間で移動するときにコマンドを再学習する必要が生じます。 CADツールと他の設計ツール間の統合が不足していると、ワークフローの制約がさらに増えるだけです。ほとんどの設計パッケージは、異なるモジュールやプログラム内で異なるツールを提供しており、各プログラムは回路を構築する際に独自の設計ワークフローを持っています。他のPCB設計パッケージは、さまざまな設計機能を単一のインターフェースに統合しようと試みますが、それぞれのツールセットは依然として異なるコマンドセットを使用し、類似のタスクに対して複数のプロセスを学習する必要があります。 しかし、それだけではありません。一部のPCB設計プラットフォームは、これらの複雑なシステムに対して包括的なアプローチを取るのではなく、特定の設計側面にのみ焦点を当てます。設計ソフトウェアがコンポーネントとIC設計にのみ焦点を当てている場合、CADツールはPCBレイアウトに適応できず、その逆も同様です。特定のタスクを中心に設計ツールを構築することは、PCB設計ソフトウェアを作成する方法ではありません。 回路設計のためのCADツールの使用 特定のアプリケーション向けに設計された回路は、CADツールに異なる機能を要求します。高速設計では、正確な長さの許容誤差のマッチングとトレースの迂回が必要です。差動ペアルーティングでは、指定された間隔で平行にトレースを正確に配置する必要があります。マルチレイヤーボードの作業では、正確なビアの定義と配置、カスタマイズ可能なレイヤースタックアップが必要です。ほとんどの場合、これらの要素のインピーダンスマッチングが必要になり、その過程で正確な分析ツールを使用する必要があります。 CADツールは、各回路要素を高精度で配置できるようにするべきです。統合設計環境内で作業することで、レイアウトとルールチェック機能を単一のインターフェース内で統一し、一貫したワークフローを提供します。アプリケーションの重要な機能に必要な回路を設計することに集中でき、精度を犠牲にすることなく進めることができます。超高精度のレイアウトは、デバイスシミュレーションに容易に変換できるため、設計が操作中にどのように機能するかを確認できます。 適応可能なCADツールは、特定のタスクを中心に構築されていません。代わりに、これらのツールは、コンポーネント設計、回路設計、またはコンポーネントのレイアウトなど、あらゆる設計タスクで機能するように設計されるべきです。設計プロセス全体に適応可能な単一のインターフェースとコマンドセットが必要です。 Altium でのマルチレイヤーボードでのインタラクティブルーティング 記事を読む
CADライブラリのためのSTEPモデル：知っておくべきこと Cadライブラリのステップモデルについて知っておくべきこと 1 min Blog CADライブラリのSTEPモデルは、電子設計と機械設計を隔離し続けています。Altium Designerの統合環境がどのようにワークフローを合理化できるかを見てみましょう。 記事を読む
PCBA製造 Draftsmanを使用してPCBA製造ドキュメントを作成する 1 min Blog 私が電子業界で過ごした数多くの年月を振り返ると、我々は長い道のりを歩んできました。PCBレイアウトにマイラーにテープを使用していた時代から、高度なCADシステムへと、業界はここ30年ほどで文字通り光年のような進歩を遂げました。手描きの回路図が、その後物理的に手でつながれる（初期のレイアウトプログラムでもこれは真実でした）時代は（ありがたいことに）過ぎ去りました。ネットリスト？回路図でそれが何だったか？CADツールはそれ以来、長い道のりを歩んできましたし、Altium Designer®のような高度なツールを使用することは、他のCADパッケージではめったに（あるいは全く）提供されない自動化ツールでの多くの作業で大きな時間節約になり得ます。 しかし、話が逸れました。これは、受託製造業者にPCBA製造文書を提供するための重要なタスクを実行する方法を示す2つの投稿シリーズの最初のものです。 あなたのPCBA製造文書には何が含まれていますか？ さて、PCBレイアウトを完了したとしましょう（あるいは、複数のプリント基板プロジェクトかもしれません）。レイアウトに満足して、最新の作品を実際に製造するために必要なファイルを生成しましたが、本当に受託製造業者が必要とするすべてを生成しましたか？ 製造用のデータパックはたくさん見てきましたが、無関心なものから素晴らしいもの、正直なところひどいものまで様々です。表面実装パッケージの非常に細かいピッチコンポーネントなどの進歩に伴い、製造のルールも変わりました。古い方法では、新しいPCBアセンブリには適していません。製造データパッケージは、過去に十分だったものよりも、おそらくより多くの指導を提供する必要があります。 どのタイプのはんだを使用してほしいですか？リフロープロファイルの限界は何ですか？これらは、はんだ付けプロセスが高品質の接合部をもたらすことを確実にするために非常に重要な問題の2つ（多くの中の）です。しかし、はんだ接合部だけが考慮すべきことではありません。この投稿シリーズが示すように、解釈の余地がない明確かつ簡潔な方法で非常に詳細な情報を伝えることが可能です。 設計を送り出すとき、あなたは作成したいものを知っていますが、契約電子メーカーは知りません。彼らは設計の意図、使用される場所（これは通常のCADツールの出力の一部ではないステップを意味することがあります）や、提供しない限りテストの方法を理解していません。 製造されるものによって異なる種類のパックがありますが、この投稿では最もシンプルなもの、つまり四角で囲まれたPCB組立製造パックに限定します。このビューは組立階層を示しており、実際に出力が生成される方法ではありません。 表示されている階層は、PCBA製造パックの典型的な設定です。Altiumのツールを使用する（16.1以降から）、完全なデータパッケージを生成するのは非常に簡単です。完全に自動化されていますか？いいえ、すべての会社とすべての設計は異なり、最初に行うべき作業があります。 表示されているパックは単一の組立て用であり、他の上位または下位の組立てに対して簡単に子または親オブジェクトになる可能性があり、PDM（製品データ管理）/PLM（製品ライフサイクル管理）システムを持つ企業に理想的に適しています。ここにあるものを簡単に見てみましょう： マスター組立印刷 製造業者が知る必要があるすべての情報が電子出力（ピックアンドプレース、BoM）に含まれているわけではありません。特別な指示や使用するテスト手順、その他の情報が必要になることがよくあります。これらは多くのパックから欠落していることが多いですが、将来の投稿で見るように、生成するのは難しくありません。これは組み立てのためのマスター図面であり、他のすべては従属的です。私が働いてきた業界では、これを単一の真実の源と呼んでいます。回路図とBOMは 標準出力であり、一般的にはすでに存在します。後の投稿で、これらが内部チームと外部製造の両方をどのようにより良くサポートできるかを見ていきます。 組み立て用のPCBを文書化する方法についてもっと読む PCB製造マスター この図面は、時には単にPCB製造図面と呼ばれ、PCB製造業者が裸の回路基板を成功裏に製造するために必要なすべての情報を含んでいます。この図面に含まれる情報は、GerberやODB++ファイルなどの電子設計データには含まれていない場合がありますが、Gerberレイヤーを生成することは可能です。 PCB製造ノートとマスター製造図面についてもっと読む プリント基板組立に関する完全な情報があれば、契約メーカーは必要なすべてを正確に見積もることができ、正確な見積もりを生成することができます。つまり、テストが突然契約メーカーに送られたときの驚きがありません。テストを行うための料金を請求されるだけでなく、オペレーターの時間が利用可能になるまで組立プロセスを保留にする必要があるかもしれません。多くの契約メーカーは、数週間から数ヶ月先までラインを予約し、それに応じて人員と設備を整理します。不完全なパックは大きな悲しみにつながる可能性があります。文書化と単一の情報源は、品質の高いプリント基板組立プロセスの鍵です。 PCB製造業者（しばしば組立業者とは別の会社）も、必要な情報がすべて書かれているため、正確な見積もりを生成することができます（私の会社のテンプレートには、PCB製造プリント用に定義されたコメントが26あります）。 記事を読む
AltiumLive 2018: 年次PCB設計サミットの予告と基調講演紹介 AltiumLive 2018: 年次PCB設計サミットの予告と基調講演紹介 1 min OnTrack はじめに、アルティウムを代表して 私個人が皆様を第2回AltiumLive PCB設計サミットに招待いたします。 開催地: 米カリフォルニア州サンディエゴ、ロウズコロナドベイリゾート 開催日: 2018年10月3～5日 ロウズコロナドベイリゾート アジェンダ： 2018年10月3日、University DayおよびHigh-Speed Day（オプション） アルティウムのトレーニングチームにより、Altium Designerの12トラックが終日提供されます。 並行して、Lee Ritchey氏による高速設計の1日コースが行われます。 *定員は160人です。お早めにご登録ください。 カクテルタイム: 「ハッピーアワーをHappy Holden氏と」およびAltiumLiveキックオフ（参加者は3日間を通して入場できます） 記事を読む